某超限高層建筑的抗震設(shè)計(jì)分析

夏新強(qiáng)

(新城控股集團(tuán)股份有限公司，上海 201100)

1 工程概況

本工程位于上海市，項(xiàng)目包括1幢大型商業(yè)綜合體建筑及2幢商辦塔樓，建筑群均坐落于地下3層整體地下室之上。本文僅針對商業(yè)綜合體南側(cè)作詳細(xì)闡述。

本工程屬于超長建筑，鑒于商辦塔樓和商業(yè)綜合體緊密結(jié)合，建筑功能復(fù)雜，所以在設(shè)置結(jié)構(gòu)變形縫時，應(yīng)充分考慮建筑方案、業(yè)態(tài)分布特點(diǎn)及業(yè)主要求，盡量少設(shè)永久縫。通過伸縮防震縫將建筑物分成南北兩部分，分縫后單體長度仍超過規(guī)范限值較多，需采取有效措施防止由于混凝土收縮和溫度應(yīng)力造成的結(jié)構(gòu)開裂:1)板面設(shè)置貫通溫度鋼筋，配筋率不小于0.15%，提高樓板抗裂性;2)通過溫度應(yīng)力分析，對影響較大的區(qū)域增加配筋率;3)施工期間加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，并適當(dāng)設(shè)置施工后澆帶，從而釋放混凝土的早期收縮應(yīng)力，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁刭Y料選擇合理的合龍日期。

地上各單體均以地下室頂板作為嵌固端。商業(yè)綜合體南側(cè)基本結(jié)構(gòu)信息見表1。

表1 商業(yè)綜合體南側(cè)基本結(jié)構(gòu)信息

2 結(jié)構(gòu)超限情況判別及設(shè)計(jì)難點(diǎn)

商業(yè)綜合體南側(cè)不規(guī)則判別詳見表2及圖1，具有三項(xiàng)不規(guī)則，屬特別不規(guī)則的“超限高層”。

為了盡量減小扭轉(zhuǎn)不規(guī)則帶來的不利影響，在設(shè)計(jì)階段，通過加大結(jié)構(gòu)單體周圈框架柱和框架梁的截面尺寸來增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，盡量減小偏心，使位移比和周期比能夠滿足規(guī)范的基本要求。

針對樓板不連續(xù)和連接薄弱部位，通過將樓板定義為彈性膜來真實(shí)計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，從而使計(jì)算模型能夠考慮到樓板變形的影響，較為真實(shí)的反映出樓板在較大地震作用下的內(nèi)力和變形，便于有針對性的采取加強(qiáng)措施。

表2 商業(yè)綜合體南側(cè)不規(guī)則判別

圖1 平面不規(guī)則示意圖

3 結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)對比分析及補(bǔ)充驗(yàn)算

3.1 兩種計(jì)算軟件對比分析

表3 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算指標(biāo)對比結(jié)果

根據(jù)規(guī)范要求，針對平面不規(guī)則、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜、荷載分布不均勻的高層建筑，整體分析時，應(yīng)采用不少于兩種不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)軟件。因此，本工程采用PKPM系列軟件SATWE和PMSAP進(jìn)行對比計(jì)算。結(jié)構(gòu)指標(biāo)對比結(jié)果見表3。

通過表3可以看出，SATWE和PMSAP兩種計(jì)算模型得出的周期、周期比及剪重比等指標(biāo)在數(shù)值上差別不大;在地震和風(fēng)荷載作用下，最大位移角和最大位移比所出現(xiàn)的樓層基本一致，數(shù)值上亦相差不大。各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

3.2 彈性時程分析對比

根據(jù)JGJ 3—2010高規(guī)4.3.4條的規(guī)定，應(yīng)采用彈性時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充驗(yàn)算。彈性時程分析時采用特征周期 0.90 s的人工波(RH4TG090)和天然波(TH1TG090，TH2TG090)，其時程加速度的最大值取35 cm/s2，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05。根據(jù)計(jì)算結(jié)果反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置使其盡量合理并滿足要求。彈性時程分析結(jié)果見表4，表 5。

表4 彈性時程分析地震剪力計(jì)算結(jié)果

表5 彈性時程分析位移角及剪重比計(jì)算結(jié)果

彈性時程分析結(jié)果表明:振型分解反應(yīng)譜法X向基底剪力的 65%為 24 479.6 kN，Y向基底剪力的 65%為25 464.2 kN，均小于各條時程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力;振型分解反應(yīng)譜法X向基底剪力的80%為30 128.7 kN，Y向基底剪力的80%為31 340.6 kN，均小于多條時程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值，所選地震波滿足規(guī)范要求。彈性時程分析的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)構(gòu)方案的可行性。

4 各相鄰單體碰撞驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對防震縫最小寬度的規(guī)定，商辦塔樓與綜合體間的防震縫縫寬取為160 mm。鑒于本項(xiàng)目防震縫兩側(cè)的建筑體型和結(jié)構(gòu)形式相差太大，建議通過計(jì)算樓層最大相對位移的方法對防震縫寬度的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。在強(qiáng)烈地震下，相鄰建筑仍然存在局部碰撞的可能，但防震縫寬度過大會給立面處理帶來困難。綜合考慮后，以設(shè)防烈度地震作用下結(jié)構(gòu)位移來判斷防震縫寬度的合理性。因?yàn)閮蓚?cè)建筑同時發(fā)生最大位移的概率存在偶然性，所以單體間最大相對位移計(jì)算公式為Δx=0.8(Δ1x+Δ2x);Δy=0.8(Δ1y+Δ2y)，經(jīng)驗(yàn)算各單體均可有效避免發(fā)生碰撞，具體驗(yàn)算過程詳見表6。

表6 設(shè)防地震作用下各相鄰單體碰撞驗(yàn)算結(jié)果匯總

5 結(jié)語

本項(xiàng)目商業(yè)綜合體南側(cè)判定為特別不規(guī)則超限高層建筑。通過設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，緩解結(jié)構(gòu)超長帶來的不利影響;選用彈性板模擬開洞周邊以及連接薄弱處的樓板，真實(shí)反映樓板在小震及中震下的內(nèi)力情況，進(jìn)而采取合理的加強(qiáng)措施。結(jié)果表明，通過采取有針對性的加強(qiáng)措施，結(jié)構(gòu)體型具有較好的強(qiáng)度儲備和變形能力。采用兩種不同力學(xué)模型對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行模擬分析，計(jì)算指標(biāo)雖有差異，但各項(xiàng)指標(biāo)的最不利位置基本一致;彈性時程分析時，通過對比基底反力計(jì)算結(jié)果，正確選取地震波，各項(xiàng)整體指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。綜上所述，通過采取有效的加強(qiáng)措施，同時進(jìn)行合理的補(bǔ)充計(jì)算，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)方案的可行性，也可為其他類似工程提供一定的參考建議。